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C++学习笔记37:元编程

时间:2017-01-08 15:20:00      阅读:131      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

元编程

什么是元编程(metaprogramming)

  • 利用模板可以进行编译期计算(数值计算,型式计算和代码计算)的特点进行程序设计

为什么可以进行元编程?

  • C++是两层语言:执行编译期计算的代码称为静态代码,执行运行期计算的代码称为动态代码
  • 模板可用于函数式编程,强调抽象计算,重视模块化,使用递归控制流程
  • 模板是图灵完备的:理论上,模板可以执行任何计算任务

为什么需要元编程?

  • 编译期计算可以使代码更通用,更易用,提升程序执行性能

元编程的缺点

  • 相对结构化编程,编译效率比较低
  • 代码丑陋不堪,阅读难,调试难,维护难,易导致代码膨胀

元编程可以做什么?

  • 数值序列计算,素性判断,控制结构,循环展开,型式判定,编译期多态,标签,元容器...

注:对于系统编程而言,意义不明显;

//Fibonacci数列
#include <iostream>
//类模板,计算Fibonacci数列的第i项
template<int i = 1> class Fibonacci
{
public:
    enum{value = Fibonacci<i-1>::value + Fibonacci<i-2>::value};
};
//类模板特化,递归终止条件
template<> class Fibonacci<2> {public:enum{value = 1}; };
template<> class Fibonacci<1> {public:enum{value = 1}; };
int main()
{
    std::cout << "Fib(" << 1 << ")=" << Fibonacci<1>::value << std::endl;
    std::cout << "Fib(" << 2 << ")=" << Fibonacci<2>::value << std::endl;
    std::cout << "Fib(" << 3 << ")=" << Fibonacci<3>::value << std::endl;
    std::cout << "Fib(" << 4 << ")=" << Fibonacci<4>::value << std::endl;

    return 0;
}

例子2:素数枚举

#include <iostream>
#include <iomanip>
//递归计算p是否为素数;若是,素数判定结论answer为1,否则为0
template<int p, int i> struct PrimeMagicCube
{
    enum{answer = p%i && PrimeMagicCube<p,i-1>::answer};
};
//素数魔方类模板部分特化,递归终止条件,除数为1,没有找到因子
template<int p>struct PrimeMagicCube<p,1>
{
    enum{answer = 1};
};
//数值类模板,输出不大于i的全部素数
template<int i> struct Number
{
    Number<i - 1> a;//递归定义数值对象
    enum {answer = PrimeMagicCube<i,i-1>::answer};
    void IsPrime()
    {
        //先降序输出全部素数,后升序输出全部数值素性序列
        if (answer) std::cout << std::setw(4) << std::right << i;
        a.IsPrime();//递归调用,计算下一数值的素性
        std::cout << std::setw(2) << answer;
    }
};

//数值类模板特化,终止于2
template<> struct Number<2>
{
    enum{answer = 1};
    void IsPrime()
    {
        std::cout << std::setw(4) << std::right << 2 << std::endl;
        std::cout << std::setw(2) << answer;
    }
};

int main()
{
    Number<100> a;//输出100内的所有素数
    a.IsPrime();
    std::cout << std::endl;
}

 

C++学习笔记37:元编程

原文:http://www.cnblogs.com/hujianglang/p/6262016.html

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